Un guide de notre quartier galactique

La Voie lactée et Andromède dirigent une collection hétéroclite de quelques dizaines de galaxies.

Par Richard Talcott  | Publié: vendredi, 22 février 2019

La galaxie d’Andromède (M31) est le plus grand membre du groupe local. Cette vue montre les bras spiraux poussiéreux qui composent son disque et son renflement galactique jaunâtre. Notez également deux de ses galaxies satellites: M32 (à gauche du centre) et NGC 205 (en bas à droite).

Hunter Wilson

Il y a un siècle, la plupart des astronomes croyaient que notre galaxie était l'univers entier. Cela a brusquement changé en 1923 lorsque l'astronome américain Edwin Hubble a découvert des étoiles variables céphéides dans la grande «nébuleuse spirale» de la constellation d'Andromède. Parce que les périodes de ces étoiles sont en corrélation avec leurs luminosités, Hubble pourrait en déduire leurs distances. Il a conclu que les étoiles - et la nébuleuse spirale à laquelle elles appartiennent - doivent se trouver bien au-delà de la Voie Lactée.

Cette galaxie spirale, maintenant connue sous le nom de galaxie d’Andromède (M31), partage de nombreuses caractéristiques avec la nôtre. Les deux sont des galaxies spirales barrées avec des centaines de milliards d'étoiles et de disques couvrant plus de 100 000 années-lumière. Et bien que les astronomes aient longtemps pensé que M31 surpassait deux ou trois fois la Voie lactée, des études récentes laissent penser que les deux pourraient avoir des masses similaires.

Ces deux géants - voisins cosmiques distants de 2,5 millions d'années-lumière - ancrent notre groupe local de galaxies. Cette collection gravitationnellement liée couvre environ 10 millions d'années-lumière et contient plus de 54 membres. Du moins, c'est le nombre d'astronomes détectés jusqu'à présent. La découverte de petites galaxies assombries taxe même les plus grands télescopes de la Terre. Il est donc probable que de nombreuses autres se cachent à l'ombre de leurs grands frères. Trouver ces compagnons à faible luminosité et étudier leurs interactions avec leurs frères et sœurs aidera les astronomes à comprendre l’évolution et le destin ultime de notre galaxie natale.

Les rois et leur cour

Après M31 et la Voie Lactée, il y a une grosse baisse de taille. Le troisième membre en importance du groupe local, la galaxie du pinwheel (M33), ne représente que le dixième de la taille de ses grands voisins. Située à quelque 2,75 millions d'années-lumière de la Terre à Triangulum, M33 est la seule spirale sans barres du groupe Local. Certains astronomes soupçonnent qu’il s’agit d’un compagnon ou même d’une galaxie satellite d’Andromède.

Il ne fait aucun doute que le quatrième plus gros composant du groupe local, le Grand nuage de Magellan (LMC), est une galaxie satellite à la nôtre. À une distance de 160 000 années-lumière, il ressemble à l'œil nu à un morceau détaché de la Voie lactée. Le LMC réside à la frontière entre Dorado et Mensa et ne se lève jamais pour les observateurs des latitudes nord-nord. Classée comme une galaxie irrégulière, la LMC détient environ un cinquième de la masse de M33.

Le troisième membre en importance du groupe local, la galaxie du pinwheel (M33), réside dans la constellation du Triangulum. Il ne représente qu'environ un dixième de la taille de la galaxie d'Andromède et de la Voie lactée.

Tony Hallas

Pour chacun de ces membres massifs, le groupe local héberge plus d'une douzaine de galaxies naines. Beaucoup se promènent autour des membres les plus gros comme des papillons de nuit autour d'un réverbère. La galaxie Andromède héberge au moins 15 galaxies satellites, dont deux (les petits elliptiques M32 et NGC 205) qui apparaissent au travers de télescopes situés dans la cour arrière dans le même champ de vision que leur hôte. La Voie lactée compte plus d'une douzaine de satellites, notamment le LMC et son voisin, le Petit nuage de Magellan (SMC), à Tucana. Curieusement, M33 n’a pas de satellite confirmé.
 

Loin des grandes galaxies et de leur entourage, plusieurs autres petites galaxies semblent être indépendantes du point de vue de la gravitation. La plupart d'entre elles sont obscures et les astronomes ont du mal à les faire sortir des étoiles au premier plan de la Voie Lactée. Les membres les plus externes du groupe local semblent être Sextans A et Sextans B, une paire de minuscules galaxies irrégulières situées à environ 4,35 millions d'années-lumière.

Un microcosme cosmique

Le groupe local présente un défi familier à la plupart des scientifiques: les gros objets sont plus faciles à trouver et à analyser que leurs petits cousins ​​plus omniprésents. Par exemple, les biologistes peuvent observer et étudier les éléphants plus facilement que les créatures microscopiques qui les dépassent un million de fois. Les astronomes stellaires n'ont aucun problème à voir des étoiles massives et très lumineuses à travers la galaxie, mais ils doivent chercher en profondeur pour découvrir des nains rouges plus petits et plus faibles qui constituent 75% de la Voie lactée. Parmi les 100 étoiles les plus brillantes du ciel nocturne, seules cinq font également partie des 100 plus proches. Et aucun nain rouge ne brille assez pour pouvoir le voir à l'œil nu.

Pour les astronomes galactiques, le groupe local constitue un laboratoire presque parfait pour explorer les galaxies les plus petites et les plus communes. Notre collection de quartiers comprend trois spirales, deux elliptiques, neuf irréguliers (y compris le LMC et le SMC) et au moins 40 galaxies naines elliptiques, naines irrégulières et sphéroïdales naines. Pour vraiment comprendre l'univers dans son ensemble, les scientifiques doivent étudier ces abondantes galaxies naines et leur relation avec leurs rares maîtres.

La galaxie irrégulière du nain Sagittaire est le feu follet de la lumière bleuâtre au centre. Il se trouve à environ 3,4 millions d'années-lumière de la Terre.

ESO / M. Bellazzini et al.

Fantôme dans la machine
 

Pour ce faire, les astronomes souhaiteraient un inventaire complet du groupe local. Ce n'est pas aussi facile que cela puisse paraître. Toute galaxie inconnue devrait être ultrafaint, étalée si finement qu'elle se fondrait dans le ciel ou se cacher derrière le disque poussiéreux de la Voie lactée.

En novembre 2018, une équipe d'astronomes a annoncé la découverte d'une galaxie vérifiant toutes ces cases. Nommé Antlia 2, ce nouveau membre du groupe local est un satellite de la Voie lactée que les chercheurs ont surnommé une «galaxie fantôme». C'est une description pertinente. L'objet est un nain géant, si cela a du sens. Bien que son diamètre soit similaire à celui du LMC, il émet 10 000 fois moins de lumière. Il semble beaucoup trop sombre pour sa taille ou beaucoup trop grand pour sa luminosité.

L’équipe, dirigée par Gabriel Torrealba de l’Institut d’astronomie et d’astrophysique de Taipei (Taiwan), a découvert Antlia 2 en fouillant dans les données du satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne. Lancé en décembre 2013, Gaia a créé un catalogue d'étoiles contenant des mesures de haute précision de près de 1,7 milliard d'étoiles.

Les chercheurs ont examiné les données à la recherche d'étoiles RR Lyrae - des cousins ​​de plus faible luminosité aux variables céphéides que Hubble avait utilisées pour découvrir la nature galactique de M31. Les RR Lyraes sont de vieilles étoiles avec peu d'éléments lourds que l'on trouve dans les plus jeunes comme le Soleil. Comme ils apparaissent dans tous les satellites nains connus de la Voie lactée, l’équipe les a recherchés comme traceurs pour des nains non détectés auparavant.

Antlia 2 soulève de grandes questions pour un nain. Sa faible masse est typique des galaxies satellites, mais son grand volume ne l’est pas. Bien que les forces de marée provenant de la Voie lactée devraient dépouiller les étoiles de la galaxie et lui faire perdre de la masse, le processus devrait faire en sorte que le volume d’Antlia 2 diminue et ne grossisse pas. «Antlia 2 est un boulet bizarre», a déclaré Matthew Walker, membre de l'équipe de Carnegie Mellon University. "Nous nous demandons si cette galaxie n'est que la partie émergée d'un iceberg et si la Voie Lactée est entourée d'une importante population de nains presque invisibles, similaires à celle-ci."

Contrairement à la plupart des galaxies naines irrégulières du groupe local, NGC 6822 contient de nombreuses étoiles bleues massives et les régions formant des étoiles rougeâtres qui les donnent naissance.

Équipe d'étude des galaxies de groupes locaux / NOAO / AURA / NSF

Bien qu'Antlia 2 se trouve actuellement à quelque 425 000 années-lumière du centre de la Voie lactée, son orbite la rapproche de 150 000 années-lumière. Cependant, cela devrait être encore assez éloigné pour garder le nain intact pendant plusieurs milliards d'années.

Mais tous les satellites de la Voie Lactée n'auront pas cette chance. L'un de ceux-ci, connu sous le nom de sphéroïde nain du Sagittaire, a traversé le disque de notre galaxie à plusieurs reprises et se dissout progressivement en un flot d'étoiles lorsque les marées de la Voie lactée le séparent. Le centre de cette galaxie se situe à environ 82 000 années-lumière du centre de la Voie lactée. Le Canis Major Dwarf est encore plus proche (à 42 000 années-lumière) et également perturbé. Finalement, notre galaxie consommera ces satellites et de nombreux autres, faisant croître la Voie lactée tout en réduisant le nombre de ses compagnons.

Une collision magellanique

Bien sûr, une bataille entre la voie lactée poids lourd et une galaxie satellite poids mouche ne peut se terminer que dans un sens. Mais que se passe-t-il lorsque deux autres combattants égaux s'affrontent? Vous vous retrouveriez probablement avec quelque chose comme les nuages ​​de Magellan: des galaxies de forme irrégulière connaissant beaucoup de formation d'étoiles.

L'astronome Sally Oey de l'Université du Michigan a dirigé une équipe internationale qui a utilisé les données de Gaia pour étudier les mouvements de 315 étoiles dans le SMC. En octobre 2018, les scientifiques ont annoncé que les étoiles situées dans la partie sud-est du SMC s'éloignaient de la masse de la galaxie pour se diriger vers le LMC. Des modèles informatiques montrent que les deux galaxies se sont probablement heurtées il y a quelques centaines de millions d'années.

Ces deux guerriers de poids moyen vont probablement se rencontrer encore et encore, pour finalement se fondre dans une seule galaxie. Mais la bataille ultime du groupe local se jouera lorsque ses deux poids lourds entreront en collision. Les observations montrent que M31 est sur une trajectoire de collision avec la Voie Lactée. Les galaxies massives feront une passe proche dans un peu moins de 4 milliards d’années. De fortes forces de marée les déformeront tous les deux, transformant leurs disques ordonnés en éclaboussures de gaz et d’étoiles. Deux à trois milliards d'années plus tard, ils vont enfin fusionner en une seule et même galaxie elliptique que les astronomes ont surnommée Milkomeda.

M33 sera probablement en orbite pendant un certain temps avant que les galaxies combinées ne tombent elles aussi sous leur charme gravitationnel. Les autres galaxies du groupe local feront de même, mais il faudra peut-être des dizaines de milliards d’années avant qu’elles ne fusionnent.

Avec quelques milliards d'années de temps libre, les futurs astronomes devraient avoir une bonne idée du groupe local et de ses membres, et s'en servir comme pierre angulaire pour mieux comprendre l'évolution de l'univers. Pas un mauvais héritage pour une collection hétéroclite de quelques dizaines de galaxies.

Marco Lorenzi

Le grand nuage magellanique, la plus grande galaxie satellite de la Voie lactée, se trouve à 160 000 années-lumière. La nébuleuse rouge Tarantula (à gauche) est la plus grande région connue pour la formation d'étoiles dans le groupe local.

Source: http://www.astronomy.com/
Lien: http://www.astronomy.com/magazine/2019/02/welcome-to-the-neighborhood?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR1A7_g9XNDLYFL2Sr_UfLURUV6Rtj-NLRaqsJUYMlkMUOkarcHcnuMY-YI